CN106640688B - 一种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***和方法，该诊断***包括外输泵机组、采集器、多口转发器、就地监控单元和远程监控单元。所述外输泵机组包括相连接的电机和外输泵，外输泵上设有检测振动复合传感器，所述检测振动复合传感器与采集器电连接，所述采集器、就地监控单元和远程监控单元都电连接于多口转发器，该发明解决了油田外输主泵机组没有专一的在线监测故障智能诊断***、长期振动超标、存在不安全且浪费电能、容易引起停输造成损失的问题。

Description

一种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***和方法

技术领域

本发明涉及外输泵机组在线监测领域，具体涉及一种外输泵机组在线监测故障智能诊断***和方法。

背景技术

长庆油田外输主泵机组关键绝大部分来自世界各地的知名企业，造价昂贵、机组长期24小时连续、高转速工作，设备维护异常重要、艰巨。一旦损坏或意外停机，不仅直接损失巨大而且造成整线停产的间接损失更加无法估计。外输泵机组没有监测，个别泵组基于单一数据的采集和限位保护，没有专门的在线监测故障智能诊断***；大部分长期振动超标，同时浪费大量的电能，由于各参数的相关度不高，有时也会因误报或误操作引发停车，进而迫使全线计划外停输。一但关键机组停机也将造成重大的经济损失，有时还会带来人员伤亡和严重的环境污染，以往计划性维修手段无法满足设备高效运行的生产模式。通过文献查新，结果表明国内在这一领域尚未开展深入研究，目前国内没有全面地掌握油田外输泵机组运行信息，借鉴已出现的故障的识别、判断和解决问题经验的在线监测***。国外针对振动频谱分析为主的精细化连续在线监测***逐渐成为主流监测技术，以智能预知维护为主导的大型设备安全监测系列仪器***是该类产品的典型代表，而本发明是外输泵组在线监测故障智能诊断维修专家***。

综上所述，亟需一种新的外输泵机组在线监测故障智能诊断技术来满足油田发展的要求。

发明内容

本发明的目的是克服油田外输主泵机组没有专一的在线监测故障智能诊断***、长期振动超标、存在不安全且浪费电能、容易引起停输造成损失等问题，提供一种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***和方法。

本发明的技术方案是提供了一种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***，包括外输泵机组、采集器、多口转发器、就地监控单元和远程监控单元。所述外输泵机组包括相连接的电机和外输泵，外输泵上设有检测振动复合传感器，所述检测振动复合传感器与采集器电连接，所述采集器、就地监控单元和远程监控单元都电连接于多口转发器。

所述就地监控单元包括中控室计算机和工程师站上位机，所述中控室计算机和工程师站上位机都用于数据存储和监控，中控室计算机还可就地诊断出外输泵机组故障，并将数据上传至数字化网络中。

所述远程监控单元包括Web服务器和远程诊断中心，所述Web服务器用于远程监测外输泵机组运行情况并存储数据，进行Web发布，所述远程诊断中心用于远程数据存储和监测，并且及时诊断外输泵机组故障结果。

所述中控室计算机和远程诊断中心都设置有数据库单元、数据采集单元、状态监测单元、动平衡计算单元和分析诊断单元。

所述外输泵机组可以为单组或者多组。

所述外输泵前后端的水平方向和处置方向上均设有检测振动复合传感器，所述检测振动复合传感器包括振动加速度传感器、温度传感器、转速传感器和压力传感器，是一种同时能检测出振幅、加速度、温度、转速和压力一体化特种复合传感器，经过ATEX防爆认证。

所述采集器上设置有防爆箱。

一种外输泵机组在线监测故障的智能诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1）在外输泵机组的外输泵上装上检测振动复合传感器，将检测振动复合传感器电连接于采集器，并将采集器、就地监控单元和远程监控单元都电连接于多口转发器；

步骤2）采集器采集到检测振动复合传感器的信号并将其转化为数据， 传输至多口转发器；

步骤3）多口转发器将数据传输至就地监控单元，中控室计算机和工程师站上位机就可以同时进行数据存储和监控，工程师站上位机还可就地诊断出外输泵机组的各种故障，并将数据上传至数字化网络中，同时就地操作人员根据诊断出的故障结果并进行指导性维修；

步骤4）多口转发器同时还将数据通过油田专网光纤上传至远程监控单元，Web服务器和远程诊断中心同时进行数据存储和监控，Web服务器对数据还可进行Web发布，远程诊断中心能实现外输泵机组状态监测、数据分析和故障远程诊断结果。

所述步骤2）中的数据包括外输泵前端和后端的实时运行状况，具体包括振动振幅数据、加速度数据、转速数据、压力数据和温度数据。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***和方法可以实现外输泵机组的运行状态的监测、设备故障的及时发现和原因分析以及设备预知性维修的指导，彻底解决了外输泵机组已有的故障问题。

(2)本发明提供的这种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***和方法采用的远程诊断中心针对机组不同的运行状态，自动存储有关数据，形成各种数据库。可以实现设备运行状态的监测、设备故障的及时发现和原因分析以及设备预知性维修的指导。

(3)本发明提供的这种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***和方法可以同时监测单组或多组外输泵机组，通过在外输泵前后端的水平方向和垂直方向上均设有检测振动复合传感器，可以及时发现和诊断外输泵机组存在的质量不平衡、初始弯曲、热弯曲、叶片脱落、不对中、油膜振荡、汽流激振、电磁激振、摩擦、轴瓦松动和共振等故障情况并及时报警和提出指导性的处理意见，从而避免非计划停机，提高生产效率。

(4)本发明提供的这种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***和方法通过在采集器上设置有防爆箱，提高了***的安全可靠性，本发明所采用的采集器为分布式振动数据智能采集器，其振动数据采集***是一款适应于油田现场的工况，功能强大的数据采集器，利用了多年以来制造大型旋转设备振动保护装置的经验，从设计，采购，生产等多环节保障了产品质量的可靠性和稳定性。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明外输泵机组在线监测故障的智能诊断***的结构示意图；

附图标记说明：1、Web服务器；2、远程诊断中心；3、中控室计算机；4、多口转发器；5、工程师站上位机；6、采集器；7、电机；8、外输泵；9、检测振动复合传感器。

具体实施方式

实施例1：

为了克服油田外输主泵机组没有专一的在线监测故障智能诊断***、长期振动超标、存在不安全且浪费电能、容易引起停输造成损失等问题，本实施例提供了一种如图1所示的外输泵机组在线监测故障的智能诊断***，包括外输泵机组、采集器6、多口转发器4、就地监控单元和远程监控单元。所述外输泵机组包括相连接的电机7和外输泵8，外输泵8上设有检测振动复合传感器9，所述检测振动复合传感器9与采集器6电连接，所述采集器6、就地监控单元和远程监控单元都电连接于多口转发器4。

本发明的这种外输泵机组在线监测故障的智能诊断方法，包括以下步骤：

步骤1）在外输泵机组的外输泵8上装上检测振动复合传感器9，将检测振动复合传感器9电连接于采集器6，并将采集器6、就地监控单元和远程监控单元都电连接于多口转发器4；

步骤2）采集器6采集到检测振动复合传感器9的信号并将其转化为数据， 传输至多口转发器4，采集器6采集到的数据包括外输泵8前端和后端的实时运行状态的数据，包括振动振幅数据、加速度数据、转速数据、压力数据和温度数据；

步骤3）多口转发器4将数据传输至就地监控单元，就地监控单元包括中控室计算机3和工程师站上位机5，所述中控室计算机3和工程师站上位机5都用于数据存储和监控，中控室计算机3还可就地诊断出外输泵机组的各种故障，并将数据上传至数字化网络中，同时就地操作人员根据诊断出的故障结果并进行指导性维修；

步骤4）多口转发器4同时还将数据通过油田专网光纤上传至远程监控单元，所述远程监控单元包括Web服务器1和远程诊断中心2，所述Web服务器1用于远程监测外输泵机组运行情况并存储数据，进行Web发布，远程诊断中心2用于远程数据存储和监测，实现外输泵机组状态监测、数据分析和故障远程诊断结果。

本发明的这种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***可以实现外输泵机组的运行状态的监测、设备故障的及时发现和原因分析以及设备预知性维修的指导，彻底解决了外输泵机组已有的故障问题。同时实现外输泵机组未来的零故障率，实现外输泵机组振动值降到国际振动烈度标准（ISO2372）以下。更好的掌握输油泵机组的状态变化及发展趋势，防范事故于未然，消灭事故在萌芽，从而避免重大事故的发生，减少事故的危害性。并且这种智能诊断方法操作简便，提高了管理效率，大大延长外输机组的运行寿命，延长维修周期，减少外输泵组设备的意外停机事故，提前做好外输泵组设备维护的准备工作，使设备维护工作的效率极大提高，具有良好的推广价值。

实施例2：

本实施例提供了一种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***，进一步的，所述中控室计算机3和远程诊断中心2都设置有数据库单元、数据采集单元、状态监测单元、动平衡计算单元和分析诊断单元，且这些单元均为专用单元，属于现有技术。

其中，数据库单元用于数据的存储，它由升降速数据库、历史数据库及事件数据库等组成，它根据机组的不同状态把有关数据存到不同的数据库中，以便于后续分析。数据采集单元还包括设置单元，数据采集单元用于数据采集，它能自动识别机组的运行状态，如开停机、升降速及正常或异常状态，并根据机组的状态通过数据采集箱进行数据采集。在稳定运行状态下，数据采集箱以定时方式进行采集，而在升降速状态下则根据转速的变化进行采集；对于齿轮箱、滚动轴承等设备采用高速加密采集。采集到的数据经过状态监测单元和动平衡计算单元得到数据，根据数据库单元的数据库进行分类，最后分析诊断单元进行分析诊断。状态监测单元具有多画面监测功能，采用树状设备导航结构，可以按照工艺流程进行监测画面的编辑和设置。***具有仿***监视图，棒图，数据和事件列表，曲线等形式显示测点的状态，出现异常对应报警的图标自动进行颜色异常显示。分析诊断单元含有强大的轴承数据库分析***和专家故障诊断分析***数据库，能够为分析诊断提供详实依据，分析诊断单元主要对各种数据进行在线或离线分析，以判断机组的运行状态并能自动给出机组故障原因和处理意见。

远程诊断中心2具有多种数据存储方式：等时间间隔采样存储、等转速间隔采样存储、等负荷间隔采样存储、报警存储和人工方式存储数据。

等时间间隔采样指机组在稳态运行时（转速在设定的转速上限和转速下限之间），每经过一段时间，在历史数据库中存储一组数据；

等转速间隔采样指机组在瞬态开停机运行时（转速在设定的转速上限之上或转速下限之下），转速每变化△RPM，在开停机数据库中存储一组数据；

报警存储是当设备出现报警时自动存储数据，形成黑匣子数据库；

人工存储是根据需要存储数据，可以将机组第一次启动数据作为原始比较数据进行存储。时间、转速和负荷的变化量以及报警值、转速上限、转速下限、△RPM均可由用户在***中进行设置。

远程诊断中心2针对机组不同的运行状态，自动存储有关数据，形成各种数据库。可以实现设备运行状态的监测、设备故障的及时发现和原因分析以及设备预知性维修的指导。

实施例3：

本实施例提供了一种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***，所述外输泵机组可以为单组或者多组。本发明的这种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***可以同时监测单组或多组外输泵机组。

进一步的，所述外输泵8前后端的水平方向和垂直方向上均设有检测振动复合传感器9，所述检测振动复合传感器9包括振动加速度传感器、温度传感器、转速传感器和压力传感器一体化特种复合传感器，经过ATEX防爆认证。

本发明中使用的传感器，是一种内置IEPE电路、结构先进的机电一体化的压电振动测量传感器、感温传感器、霍尔传感器和压变传感器。敏感原理系利用无源压电晶体的正压电效应，敏感结构采用先进的剪切结构，通过IEPE将压电晶体的输出电荷转换为与振动量成正比的低阻电压信号。可直接匹配仪表显示读数、记录、数据采集器进行采集分析，经合适的仪表或软件可扩展测量速度、位移等参数。由于传感器中的敏感元件采用P5压电陶瓷晶体，该晶体为功能陶瓷晶体,属于脆性非金属材料，无明显的机械屈服极限和塑性变形，在允许使用的应力范围内，属于无疲劳材料，其本体金属材料——不锈钢亦具有较高的机械强度，加之压电结构本身无活动部件，故使用寿命极长。该传感器为中心单敏感测量的加速度传感器，可测量直立方向的振动，也可水平安装检测水平方向的振动，如果需检测有角度的振动，则应将传感器借助工装沿着振动方向感受即可测量。由于该产品体积小、刚度大、频响宽，电压灵敏度高、寿命长、低阻抗（＜100Ω＝信号传输、密封性好、安装可靠、接线使用方便，敏感无源等一系列优点。温度检测采用感温传感器来完成，压力检测采用硅晶体的压阻效应压力传感器来完成，转速检测采用开关型霍尔传感器来完成。现场采用世界上第一片支持“一线总线”接口的数字方式传输，大大提高了***的抗干扰性。电缆线采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一对线接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。

通过在外输泵8前后端的水平方向和处置方向上均设有检测振动复合传感器9，可以及时发现和诊断外输泵机组存在的质量不平衡、初始弯曲、热弯曲、叶片脱落、不对中、油膜振荡、汽流激振、电磁激振、摩擦、轴瓦松动和共振等故障情况并及时报警和提出指导性的处理意见，从而避免非计划停机，提高生产效率。

实施例4：

本实施例提供了一种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***，为了提高该***的安全可靠性，所述采集器6上设置有防爆箱。

本发明所采用的采集器为分布式振动数据智能采集器，其振动数据采集***是一款适应于油田现场的工况，功能强大的数据采集器。利用了多年以来制造大型旋转设备振动保护装置的经验，从设计，采购，生产等多环节保障了产品质量的可靠性和稳定性。

振动数据智能采集器的有以下优点：

1、极高的硬件可靠性：用制造大型机组保护***的工艺来生产了数据采集设备，拥有超高的稳定性和可靠性。

2、严格的EMC设计：设计源头就充分考虑了EMC指标，并通过了国家权威部门的认证。

3、“无缝”数据采集技术：智能采集器具有无缝数据采集技术，即可以对所有通道进行不间断的数据采集与传输。无限长的最大数据长度。

4、全工业级芯片，超宽温度适应范围，保障了***的稳定性。

5、超高速数据采集速率：高达400K的数据采集速率，能够保障***具有超高的分析频率能力。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种外输泵机组在线监测故障的智能诊断***，其特征在于：包括外输泵机组、采集器（6）、多口转发器（4）、就地监控单元和远程监控单元；所述外输泵机组包括相连接的电机（7）和外输泵（8），外输泵（8）上设有检测振动复合传感器（9），所述检测振动复合传感器（9）与采集器（6）电连接，所述采集器（6）、就地监控单元和远程监控单元都电连接于多口转发器（4）；用于连接的电缆线采用屏蔽4芯双绞线；

所述就地监控单元包括中控室计算机（3）和工程师站上位机（5），所述中控室计算机（3）和工程师站上位机（5）都用于数据存储和监控，中控室计算机（3）还可就地诊断出外输泵机组故障，并将数据上传至数字化网络中；

所述远程监控单元包括Web服务器（1）和远程诊断中心（2），所述Web服务器（1）用于远程监测外输泵机组运行情况并存储数据，进行Web发布，所述远程诊断中心（2）用于远程数据存储和监测，并且及时诊断外输泵机组故障结果；

所述中控室计算机（3）和远程诊断中心（2）都设置有数据库单元、数据采集单元、状态监测单元、动平衡计算单元和分析诊断单元；

所述外输泵机组为单组或者多组；

所述外输泵（8）前后端的水平方向和垂直方向上均设有检测振动复合传感器（9），所述检测振动复合传感器（9）包括振动加速度传感器、温度传感器、转速传感器和压力传感器，是一种同时能检测出振幅、加速度、温度、转速和压力一体化特种复合传感器，经过ATEX防爆认证；复合传感器中的敏感元件采用P5压电陶瓷晶体；该复合传感器能及时发现和诊断外输泵机组存在的质量不平衡、初始弯曲、热弯曲、叶片脱落、不对中、油膜振荡、汽流激振、电磁激振、摩擦、轴瓦松动和共振多种故障情况；

所述采集器（6）上设置有防爆箱。